李小璐

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蜗牛卵季节变冷事件的代用指标 [复制链接]

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ScienceBulletin近期发表了题为“Land-snaileggsasaproxyofabruptclimaticcoolingeventsduringthereproductiveseason”(繁殖季节快速变冷事件的蜗牛卵记录)的短讯,报道了现代土壤中的蜗牛卵,它们个体完整,没有孵化,卵数量的多少与季节变冷事件的强弱有密切关系,为揭示季节变冷事件的地质演化提供了研究手段。

季节变冷事件(如寒潮)的发生规律,对于理解气候变化和保护生物具有重要意义。从天气尺度上看,季节变冷事件的发生可以说是不规律的。例如,并不是每年到了某月某日就一定发生寒潮,也就是说寒潮发生日期是不固定的。但是,经过长时间积累,则显示出规律性。例如,钱林清()综合了*土高原数十年的气象观测结果,发现该区寒潮具有春季频繁发生的规律性。由此,爱思考的小伙伴会问:如果经过更长时间,变冷事件还有没有规律呢?这需要从地质记录中寻求答案,但是地质时期没有气象站,也就没有温度记录,用什么指示地质时期变冷事件就成为面临的问题。卵生动物的卵孵化出小宝宝是在自然环境中,不在母亲体内,所以孵化过程对环境变化极为敏感。温度是影响孵化最主要的环境因子,繁殖季节突发的温度快速变化,超出孵化温度范围(表1),导致大量的卵不能孵化。没有孵化的卵如果在地层中大量地、连续地保存下来,形成时代连续的蜗牛卵序列,则可以记录地质时期季节突发事件的演化过程。

表1已调查的蜗牛卵的孵化温度

长期以来,卵化石的研究主要集中在脊椎动物,例如大家熟知的恐龙和鸟类。但是,由于恐龙和鸟迁移能力强以及产卵相对较少,它们的卵化石很难在地层上连续分布。不连续的卵化石序列,犹如断了章或断了篇的历史书,不可能记录完整的历史。幸运的是,超过90%的卵生动物是无脊椎动物,它们产卵数量大,有可能在地层上连续分布,但由于此类卵通常很小(表1),不易被发现,所以无脊椎动物卵化石的相关研究较少。蜗牛是常见的无脊椎动物,大家肯定不陌生,但是蜗牛主要是卵生的却不一定都知道。蜗牛卵壳坚硬,在现代和地质时期能大量保存下来。研究表明,繁殖季节温度低于15℃常可导致大量蜗牛卵不能孵化,低于10℃则几乎所有的蜗牛卵都不能孵化(表1)。

中国科学院地质与地球物理研究所李丰江等人对*土高原及华东地区地表土壤进行了调查采样,运用水筛析法从土壤中获得了大量蜗牛卵。结果发现,几乎所有的蜗牛卵都是完整的——完整的卵指示了没有孵化(图1)。

图1*土高原现代土壤中常见的蜗牛卵蜗牛卵数量与蜗牛个体数不同步变化,但与寒潮的强弱有很好的联系(图2)。在1区,即*土高原西北部,蜗牛卵最多,且所有采样地点都出现了卵;以寒潮为代表的季节快速降温事件最强,所有地点的春季最低温都小于10℃。在2区,即*土高原东南部,蜗牛卵比1区减少了一半左右,且出现卵的地点降到80%;寒潮减弱,70%的春季最低温小于10℃。在3区,即华东地区,蜗牛卵最少,只有1区的10%左右,且只有30%的采样点出现卵;寒潮最弱,只有20%样点春季最低温小于10℃,也就是说80%的春季最低温大于蜗牛孵化的最低温度10℃。总之,寒潮强的地区,蜗牛卵多;寒潮弱的地区,蜗牛卵少。这是因为,寒潮多发的春季,是*土高原蜗牛产卵和孵化的主要季节,当寒潮发生时,温度快速下降8–10℃以上,使最低温常常小于10–15℃,导致大量的卵不能孵化,在土壤中保存下来;反之,很少发生快速降温事件的地区,蜗牛卵孵化就不会受到严重影响,大量的卵能够孵化,所以留在土壤中的卵就少了(图3)。因此,蜗牛卵是繁殖季节(主要是春季)快速变冷事件留下的“痕迹”,运用蜗牛卵化石可以揭示季节变冷事件的地质演化。

图2(A)蜗牛卵数量与春季最低温的关系,虚线指示了每个区蜗牛卵平均数量。春季最低温数据来自中国气象局(

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